Den 7. oktober 1927 ble Peterson utnevnt til hjelpebiskop i erkebispedømmet Boston og titulærbiskop av av pave Pius XI. Han mottok sin bispeinnvielse den 10. november 1927 av kardinal William Henry O'Connell, med biskopene George Albert Guertin og John Gregory Murray som medkonsekratorer. I løpet av sin tid som hjelpebiskop tjente han også som leder for i Somerville i Massachusetts.